２０１６年６月 Ｊｕｎ．２０１６ Ｖｏ１．４４ Ｎｏ．３（Ｓｅｒ．Ｎｏ．２４４） 第４４卷 第３期（总第２４４期） ＰＲＯＦＩＢＵＳ现场总线故障分析与处理 Ｆａｕｌｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｄｉｓｐｏｓａｌ ｏｆ ＰＲＯＦＩＢＵＳ 梁红雨 ，李修成 ，陈 楠 ，刘宇鑫 （１．华能吉林发电有限公司九台电厂，长春摘１３０５０１；２．装甲兵技术学院，长春１３０１１７） 要：针对现场总线系统在运行中出现设备通信不稳定、瞬间通信故障、数据跳变、设备失联等问题，对施工及设 计不规范、硬件原因引发的故障进行分析，通过分散控制系统（ＤＣＳ）组态或Ｓｔｅｐ７硬件组态、总线上各设备故障指 示灯、ＰＲＯＦＩＢＵＳ分析工具及软件等诊断方法，全面排查优化，可以有效地发现现场总线故障，极大地提高了设备 运行的可靠性。 关键词：现场总线；ＰＲＯＦＩＢＵＳ；故障诊断 中图分类号：ＴＫ３２３；ＴＫ３８ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００９ ５３０６（２０１６）０３—００４８—０２ 随着工业信息化的高速发展，现场总线控制技 术已成为今后数字化电厂的发展趋势。华能九台电 厂２×６７０ Ｍｗ超临界燃煤机组是国内最早大范围 应用现场总线技术的数字化电厂，选用过程现场总 线（ＰＲ（）ＦＩＢＵＳ）协议，使用了ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ （Ｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ Ｐｅｒｉｐｈｅｒｙ） 和 ＰＲ（）ＦＩＢＵＳ—ＰＡ ａ．现场总线链路没有终端电阻或者终端电阻拨 码没拨到位，使电缆阻抗不连续，从而产生信号反 射，影响通信质量。 ｂ．总线屏蔽线连接不规范，接线质量不高，使 得链路多点接地或接地不良，对线路形成干扰。例 如：接线箱内网段的干线电缆屏蔽线与支线电缆的 （Ｐｒｏｃｅｓｓ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）两部分。在设计之初，考虑到 火电机组控制系统的特点和要求，统筹兼顾工程风 屏蔽线没有可靠跨接，造成支线电缆屏蔽不接地；支 线电缆与现场总线设备连接处被压扁，屏蔽线通过 险和技术创新二者的综合效益，除主机及重要辅机 保护联锁及自动仪表、阀门采用常规分散控制系统 （ＤＣＳ）控制外，其他主机控制系统和全厂辅助系统 采用了现场总线控制方式。 设备本体接地，造成屏蔽线两端同时接地。 Ｃ．现场总线电缆敷设及使用不规范。电缆打结， 弯曲半径过小，与可能造成干扰的动力电缆间隔距 离过小且并行走线，甚至在同一桥架，也未采取金属 隔板分隔措施，电缆通过复杂电磁环境（如变频器等 自２００９年ｌ２月投运以来，现场总线系统总体 运行良好，但在运行中也暴露出一些问题，出现设备 强干扰源）或离开桥架后未用金属套管保护等。另 外，使用了不合格的现场总线电缆，或将不同类型的 通信不稳定、瞬间通信故障、数据跳变、设备失联等 故障，从而影响数据的可靠传输，造成设备工作异 常。本文对以上故障进行分析并提出处理措施。 总线电缆混用绞接，都会对现场总线产生干扰。 ｄ．现场总线网段划分设计不合理，线路长度超 出设计要求。华能九台电厂设计ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ总 线的通信速率为５００ ｋｂｉｔ／ｓ，支持的最大总线距离 １ 故障原因 １．１ 施工及设计不规范引发的故障 为４００ ｍ；ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＰＡ总线的通信速率为３１．２５ ｋｂｉｔ／ｓ，距离可达１ ９００ ｍ。若超长将影响末端设备 的通信质量，也会影响同一链路其他设备的工作稳 定性。 １．２硬件原因引发的故障 现场总线发生的很多故障主要来自网段上的干 扰，而干扰的主要原因是现场总线的不规范施工及 设计引发的，根据调试及维护中发生的故障分析，原 因有以下几个方面。 收稿日期：２０１６ ０１—２７ 整个现场总线链路上任一硬件设备出现问题都 会引发故障，下面对较为常见的故障进行分析。 作者简介：梁红雨（１ ９８４），男，工程师，从事热工自动化设备检修工作。 ·４８· ２０１６年６月 第４４卷 第３期（总第２４４期） ａ．个别现场总线设备故障成为网段的干扰源， 使整个网段的通信出现故障。例如，某磨煤机下部返 料调节挡板发生故障，挡板在某一开度频繁摆动，致 使整条总线链路上的设备失联，把该执行机构调整 修好后，整个网段的通信恢复正常。 ｂ．ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＰＡ总线链路短路，ＤＰ／ＰＡ耦合 器停止工作，造成整条链路设备失联。引发短路原因 可能是某个设备进水、某处电缆因受外力挤压、某处 电缆因靠近热源而烤焦造成的。 Ｃ．由于工作环境温度高、粉尘较大等原因，使 ＤＰ／ＰＡ耦合器自动停止工作，从而整条链路设备失 联，更换ＤＰ／ＰＡ耦合器或待温度降低重新停送电 后恢复正常工作。 ｄ．现场总线更换设备后，在网段上找不到该设 备。可能是由于地址设置与组态不匹配，有些设备在 更改完地址后，需要重新通电后方能生效；或与同一 链路上其他设备地址重复；或设备与ＤＣＳ中ＧＳＤ （电子设备数据库）文件版本不一致造成的。 ２故障诊断方法 ２．１ 通过ＤＯＳ组态或西门子Ｓｔｅｐ７硬件组态诊断 利用ＤＣＳ组态，对整条链路上的相关设备信息 进行查看，分析出大致的故障点，然后就地排查，确 定故障点，在做好整条链路设备的相关安全措施后， 进行故障处理；对于可编程逻辑控制器（ＰＬＣ）系统 的总线设备，通过西门子Ｓｔｅｐ７里的硬件组态，在线 查看模件信息判断故障点位置。 ２．２通过总线上各设备故障指示灯诊断 观察从站上ＩＭ１５３—２模块、ＤＰ／ＰＡ耦合器或 Ｙ—ＬＩＮＫ耦合器、光电转换器（ＯＬＭ）的ＬＥＤ指示 灯，在发生故障时根据点亮指示灯的颜色和闪烁状 态判断故障类型及故障区域。 ２．３通过ＰＲＯＦＩＢＵＳ分析工具及软件诊断 利用ＰＲＯＦＩＢＵＳ分析工具与已安装软件 （ＰＲＯＦＩＢＵＳ—Ｔｅｓｔｅｒ、ＰｒｏｆｉＴｒａｃｅ）的笔记本电脑连 接，对总线链路进行检测及故障诊断。该连接具有超 强数据统计分析及高速数字示波器等功能，可以检 测终端电阻设置、总线地址设置、总线链路长度、通 信质量等，为故障诊断定位提供依据，但是有时在连 接设备时，需要更换接头，从而使链路中断，这也限 制了其在线运行时的使用。 ２．４根据总线拓扑图检查总线链路 Ｊｕｎ．２０１６ ＶｏＩ．４４ Ｎｏ．３（Ｓｅｒ．Ｎｏ．２４４） 对于整条链路出现的故障，可以根据现场总线 设备的位置及环境情况，优先检查所处环境恶劣、易 发生故障的设备；或者使用折半查找法，即将总线链 路中前半段设备接人总线链路，正确设置终端，后半 段设备隔离，根据相关信息，判断故障点存在的区 域，然后继续分段隔离，重复以上步骤直到确定故障 点位置。 ３ 处理措施 针对以上现场总线故障，结合规范和使用经验， 从以下方面改善系统的安全性、稳定性。 ａ．确保每条总线链路首端和终端各有一个终端 电阻，且接线正确、供电正常。 ｂ．现场总线的电缆屏蔽层处理应规范，保证每 条链路屏蔽层的连续性，每条链路屏蔽层在现场总 线箱处与系统等电势相连，单点可靠接地。 Ｃ．使用合格的现场总线电缆，电缆敷设符合要 求，与可能造成干扰的动力电缆最好布置在不同桥 架；干扰强烈区域，最好单独布线。 ｄ．对总线链路长度进行检测、路径优化，保证总 线长度在规定范围内。 ｅ．检查每个现场总线设备的总线地址是否设置 正确，并与逻辑组态设置一致。 ｆ．总线系统应用的智能型总线设备更新换代比 较快，更换设备时，要注意型号版本，应与逻辑中使 用的ＧＳＤ文件版本一致，否则要导入新的ＧＳＤ 文件。 ｇ．总线设备使用环境要符合要求，尽量安装在 温度适宜的地方，现场设备也要注意防雨、防潮。 ４结束语 现场总线控制系统有许多优越性，但在电厂实 际应用中，因存在施工设计不规范、现场环境恶劣、 电磁干扰、智能设备制造水平参差不齐等因素，使其 可靠性下降，同时也因其故障诊断及处理难度大等 原因了现场总线的发展空间。在维护初期要进 行一次全面地排查优化，可以有效地控制现场总线 故障，极大地提高可靠性；另外硬件参数要设置正 确，使用环境符合要求，远离干扰源，发挥现场总线 控制系统的优势。 （编辑 吴 娜） ·４９·
